鄒旭明教授團隊實現二維半導體異質結範德華間隙精準調控

2021年，諾貝爾物理學獎獲得者Geim教授在Nano Letters中的前瞻性觀點文章“Exploring Two-Dimensional Empty Space”中提出了二維空腔的概念，認為在埃級尺度調控二維材料間範德華間隙的高度，使得在極端小尺寸條件下通過具體實驗探索特異物理規律成為可能，能夠引領納米技術下一階段的發展。然而，範德華間隙的尺寸依賴于層間作用力，如何實現人造埃級二維空腔仍是困擾科學界的難題。

近日，我校物理與微電子科學學院鄒旭明教授、2003网站太阳集团廖蕾教授和武漢大學何軍教授通過在二維材料表面預吸附水分子，在亞納米尺度實現了範德華間隙的精準調節（0.5-10 nm），并進一步拓展到不同維度，包括2D/2D、2D/3D、3D/3D結構等。利用間隙組分、尺寸對材料性質進行了有效調控，例如，納米尺度下水分子極化導緻MoS₂/範德華間隙/MoS₂表現出理想二極管特性，制備的壓力傳感器具備極高的壓力靈敏度。

德國亥姆霍茲研究所Fleischmann教授在NatureNanotechnology同期刊發的Research Briefing中評價，此項研究中提出的範德華間隙調控方法具有普适性，因此在衆多應用領域極具吸引力，“The approach should be universally applicable and thus is very interesting for a wide range of applications, where precise control of nanoconfinement channels is desired.”

曼徹斯特大學Geim教授寫信給團隊認為，利用水來精準調解範德華間隙而且在真空中穩定實現，是一件令人興奮的工作，“water can make such spacers of uniform height is Very puzzling property of the ice…it is so stable, even in vacuum. Interesting and exciting.”

發展二維範德華間隙精準調控技術具有重要意義。操縱二維材料間範德華間隙的高度、組分能夠有效調制層間耦合效率，大幅度提升二維電子、光電子器件性能。除此之外，納米限域的二維通道能夠為離子提供傳輸通道，而極端小尺寸的範德華間隙高度低于最小的水合離子直徑（K+ 、Cl−），通過外加電場可以選擇性調控各類離子在通道内部的聚集與耗散行為，從而基于人工流體系統再現基于離子通道的神經功能，用于神經形态計算、腦機接口以及神經義肢等新興領域的研究。

二維同質/異質結範德華間隙精準調控。

相關研究成果以“Controllable van der Waals gaps by water adsorption”為題發表在《Nature Nanotechnology》上。該研究得到了2003网站太阳集团分析測試中心球差電鏡實驗室的特别支持。

論文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01579-w

來源：2003网站太阳集团

責任編輯：周丹